JP5217861B2 - 連結構造およびステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、シャフトとジョイント部材との連結構造、および、自動車に搭載され前記連結構造が用いられているステアリング装置に関する。

例えば自動車のステアリング装置は、車輪を操向させるためのラックピニオン式のステアリングギヤユニットと、ステアリングホイールと繋がるステアリングシャフトと、このステアリングシャフトと前記ステアリングギヤユニットが有しているピニオンシャフトとの間に介在している中間シャフト（インタミディエイトシャフト）とを備えていて、図８に示しているように、中間シャフト４０とピニオンシャフト４１とは自在継手４２を介して連結されている。自在継手４２は十字軸４３および一対のジョイントヨーク（ジョイント部材）４４，４５を有していて、一方のジョイントヨーク４４は中間シャフト４０の下端部と連結され、他方のジョイントヨーク４５はピニオンシャフト４１とセレーション４６によって連結されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなステアリング装置の組み立てでは、ステアリングギヤユニットによる車輪の直進状態が、ステアリングホイール側のシャフトの中立状態と一致するように、ステアリングギヤユニットのピニオンシャフト４１と、ジョイントヨーク４５とを、回転方向に位置決め（位置合わせ）してセレーション結合する必要がある。このために、ピニオンシャフト４１に取り付けられる位置決め部材（位置決めクリップ）４７が用いられている。

特開２００５−２８０５６４号公報（図１１参照）

従来の位置決め部材４７は、ピニオンシャフト４１のセレーション４６に係合しているリング部４８と、ピニオンシャフト４１から径外方向に突出した状態となる突出片（腕部）４９と、ピニオンシャフト４１の先端部に係合している係合部５０とを有している。前記突出片４９が、ジョイントヨーク４５に形成されている軸方向のスリット５１に係合することで、ピニオンシャフト４１とジョイントヨーク４５とが回転方向に位置決めされる。そして、ジョイントヨーク４５の下端がリング部４８に軸方向から当接することによって、ピニオンシャフト４１に対してジョイントヨーク４５の軸方向の位置合わせが行われる。

しかし、この位置決め部材４７は、ピニオンシャフト４１の先端部に係合している係合部５０によって、ピニオンシャフト４１に対する軸方向の移動が規制されているのみであるため、ピニオンシャフト４１に自在継手４２を介して中間シャフト４０およびステアリングシャフト（図示せず）を取り付ける際、これら自在継手４２、中間シャフト４０およびステアリングシャフトの自重によって位置決め部材４７のリング部４８に軸方向荷重が作用すると、リング部４８が係合部５０から軸方向に離れるように位置決め部材４７が変形し、ジョイントヨーク４５がピニオンシャフト４１に対して軸方向（矢印Ｙ方向に）に位置ずれしてしまうおそれがある。この場合、ジョイントヨーク４５に形成されているボルト挿通用孔４５ａと、ピニオンシャフト４１のボルト挿通用溝４５ｂとの軸方向位置が一致せず、ジョイントヨーク４５とピニオンシャフト４１とを、ボルト５２によって抜け止め固定する作業が困難となったり、ボルト５２を完全に装着することができずに連結不良が発生したりするおそれがある。

そこで、本発明は、シャフトとジョイント部材とを連結するに際し、シャフトとジョイント部材とが軸方向に位置ずれするのを防ぐことができる連結構造およびこの連結構造が用いられたステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の連結構造は、シャフトと、このシャフトに対して同軸心状にセレーション結合されるジョイント部材と、前記シャフトに対する前記ジョイント部材の回転方向及び軸方向の相対位置を位置決めするために当該シャフトに予め取り付けられた位置決め部材と、を備えた連結構造であって、前記シャフトの外周面に、当該シャフトの外周面よりも径内側に位置する溝底と、当該シャフトの軸方向中途部に位置する溝端面とを有するセレーション溝が形成され、前記位置決め部材は、前記セレーション溝に外嵌するセレーション突部が内周面の係合部側の軸方向の一部に形成されかつ前記ジョイント部材が軸方向から当接するリング部を有し、このリング部の前記セレーション突部が、前記溝端面に当接することで前記シャフトに対して当該リング部を軸方向に位置規制するストッパ部になっていることを特徴としている。

本発明によれば、シャフトに対して同軸心状にジョイント部材をセレーション結合させる際に、ジョイント部材がリング部に軸方向から当接した状態となり、さらに、その当接した際の押す力が大きくなっても、リング部の内周面に形成されているストッパ部（第一のストッパ部）が、シャフトのセレーション溝の溝端面に当接することで、シャフトに対して当該リング部は軸方向に位置規制される。このため、前記押す力によってジョイント部材がシャフトに対して軸方向に移動するのを防ぐことができる。この結果、シャフトに対してジョイント部材は軸方向に位置決めされた状態となり、シャフトとジョイント部材とを例えばボルトナットなどの締結部材によって抜け止め固定する作業が容易となる。

また、前記シャフトの外周面に周突条が形成され、前記位置決め部材の前記リング部に、前記セレーション突部が前記溝端面に当接すると同時に前記周突条に当接する第二のストッパ部が形成されているのが好ましい。
この場合、セレーション突部が溝端面に当接すると同時に、第二のストッパ部がシャフトの外周面の周突条に当接することにより、シャフトに対する軸方向の位置決め機能を強化することができる。

また、前記位置決め部材は、前記リング部の径外方向および軸方向に突出する突出片を有し、前記突出片に、前記セレーション突部が前記溝端面に当接すると同時に前記シャフトの端面に当接する第三のストッパ部が連結されているのが好ましい。
この場合、セレーション突部が溝端面に当接すると同時に、第三のストッパ部がシャフトの端面に当接することにより、シャフトに対する軸方向の位置決め機能を強化することができる。

また、本発明のステアリング装置は、ピニオンシャフトを有し車輪を操向させるためのステアリングギヤユニットと、ステアリングホイールの回転を前記ピニオンシャフトに伝達するための伝達シャフトと、前記ピニオンシャフトと前記伝達シャフトとを連結するためのジョイント部材とを備え、前記ピニオンシャフトと前記ジョイント部材とが、前記連結構造によって、同軸心状にセレーション結合されている。このように、前記連結構造が用いられているので、ステアリング装置の組み立てが容易となる。

本発明によれば、位置決め部材が有するリング部のストッパ部が、シャフトのセレーション溝の溝端面に当接することで、シャフトに対してジョイント部材は軸方向に位置決めされた状態となることから、シャフトとジョイント部材とを例えばボルトナットなどの締結部材によって抜け止め固定する作業が容易となり、シャフトとジョイント部材との連結を迅速かつ正確に行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明のステアリング装置の実施の一形態を示す全体概略図である。このステアリング装置は、ピニオンシャフト３１を有し車輪（図示せず）を操向させるためのステアリングギヤユニット３２と、ステアリングホイール３３の回転をピニオンシャフト３１に伝達するための伝達シャフトとを備えている。伝達シャフトは、ステアリングシャフト３４と、このステアリングシャフト３４とピニオンシャフト３１との間に介在する中間シャフト３５とを有している。そして、ステアリングシャフト３４と中間シャフト３５とは第一の自在継手３６を介して連結されていて、中間シャフト３５とピニオンシャフト３１とは、第二の自在継手３７を介して連結されている。

図２は前記ステアリング装置の要部斜視図であり、図３はその分解状態を示す要部斜視図である。ピニオンシャフト３１は、ステアリングギヤユニット３２のギヤボックス３２ａから上方へ突出していて、先端部である入力軸部には断面円弧状の環状溝１１ｃを挟んで上下にセレーション１１ａ，１１ｂが形成されている（図３参照）。
さらに説明すると、ピニオンシャフト３１の外周面には（図６（ｂ）参照）、当該ピニオンシャフト３１の外周仕上げ面３１ｂよりも径内側に位置する溝底１４と、ピニオンシャフト３１の軸方向中途部に位置する溝端面１３とを有するセレーション溝１２が形成されている。

図２と図３において、第二の自在継手３７は、十字軸３８と、一対のジョイントヨーク２１，２２とを有していて、一方のジョイントヨーク２２は中間シャフト３５の下端と連結され、他方のジョイントヨーク２１はピニオンシャフト３１と前記セレーション１１ａ，１１ｂによってトルク伝達可能として連結されている。

このステアリング装置に用いられている本発明の連結構造は、前記ピニオンシャフト３１と、第一の前記ジョイントヨーク２１との間における構造である。すなわちこの連結構造は、外周に前記セレーション１１ａ，１１ｂが形成されているピニオンシャフト（シャフト）３１と、このピニオンシャフト３１に対して同軸心状にセレーション結合されトルク伝達可能に連結されるジョイントヨーク２１（ジョイント部材）と、ピニオンシャフト３１に対するジョイントヨーク２１の回転方向及び軸方向の相対位置を位置決めするための位置決め部材１とを備えている。位置決め部材１は、ジョイントヨーク２１を連結する前に、ピニオンシャフト３１に予め取り付けられる部材である。

ジョイントヨーク２１は、軸方向のスリット２８を有する基部２３と、この基部２３から分岐して軸方向に延びている一対のアーム部２４ａ，２４ｂとを有している。基部２３の内部には、前記セレーション１１ａ，１１ｂに係合するセレーション孔２５が形成されている。また、基部２３には、スリット２８を横断するように貫通孔２６が形成されている。この貫通孔２６にボルト２７を挿通させナット（図示せず）によってスリット２８が形成されている部分を締め付けると、基部２３を、ピニオンシャフト３１に締め付け固定することができる。さらに、このボルト２７の一部が、ピニオンシャフト３１の前記環状溝１１ｃ（図３参照）に係合し、ジョイントヨーク２１はピニオンシャフト３１に対して軸方向の抜け止めがされる。

図４は位置決め部材１の斜視図であり、図５は位置決め部材１がピニオンシャフト３１の入力軸部に取り付けられた状態を示している断面図である。図５において、ピニオンシャフト３１の先端面には軸方向に突出している突起部３１ａが設けられている。なお、この突起部３１ａはピニオンシャフト３１内を挿通しているトーションバーの先端部からなる。

位置決め部材１は、環状のリング部２および板状の突出片３を有している。また、この実施形態では、位置決め部材１は環状の係合部４を更に有している。リング部２は、その内周面の一部（係合部４側のほぼ半分）に、前記セレーション１１ｂに係合するセレーション５が形成されている。つまり、リング部２の内周面に、前記セレーション溝１２に外嵌するセレーション突部６が形成されている。なお、リング部２の内周面の残り部分は平滑円周面１８となっている。また、リング部２の上面には、ジョイントヨーク２１の下面が軸方向から当接する。

図４と図５とにおいて、突出片３は、リング部２の一部から軸方向および径外方向に突出して形成されていて、直線的な板形状を成している。突出片３の一端部（下端部）とリング部２の一部とが連結されている。また、係合部４は、突出片３の他端部（上端部）と連結されていて、リング部２、突出片３および係合部４は一体として構成されている。

この位置決め部材１がピニオンシャフト３１に取り付けられた状態で、突出片３は、ピニオンシャフト３１から径外方向に突出した状態となる。この突出片３が、図２に示しているように、ジョイントヨーク２１の軸方向のスリット２８に係合する。また、突出片３の内側中央部には、締め付け用の前記ボルト２７を挿通させるための切り欠き凹部３ａが形成されている。
係合部４は、ピニオンシャフト３１の先端の前記突起部３１ａに外嵌される（図５参照）。係合部４は後述する第三のストッパ部９としての機能を有している。

以上の連結構造において、ピニオンシャフト３１に対してジョイントヨーク２１を連結する連結方法について説明する。図３に示しているように、ピニオンシャフト３１の先端部に位置決め部材１を取り付け、セレーション１１ｂに位置決め部材１のリング部２を係合させると共に、係合部４を突起部３１ａに係合させた状態とする。

ピニオンシャフト３１に対する位置決め部材１の装着は、当該位置決め部材１をピニオンシャフト３１の先端部に対して回転方向に位置決め（位置合わせ）して行われる。すなわち、位置決め部材１の装着は、図１のステアリングギヤユニット３２を車輪（図示せず）が直進状態となるようにセットした状態で行われ、この状態で前記突出片３が回転方向に関して規定の方向を向くように位置合わせを行って、リング部２をピニオンシャフト３１のセレーション１１ｂに結合させる。

そして、位置決め部材１を装着した前記ピニオンシャフト３１に対してジョイントヨーク２１の組み付けを行う。この組み付けは、ステアリングホイール３３、ステアリングシャフト３４および中間シャフト３５が中立状態（直進状態）となるようにセットした状態で行われる。この状態で、ジョイントヨーク２１のスリット２８は、前記規定の方向を向いている突出片３と回転方向の位置が一致するように、基部２３に形成されている。

このため、ジョイントヨーク２１をピニオンシャフト３１に軸方向に押し込むことにより、図２に示しているように、スリット２８内に突出片３が案内された状態で進み、ジョイントヨーク２１のセレーション孔２５と、ピニオンシャフト３１のセレーション１１ａ，１１ｂとが結合することで、ピニオンシャフト３１とジョイントヨーク２１とが回転方向に位置決めされた状態で連結される。つまり、位置決め部材１の突出片３とジョイントヨーク２１のスリット２８とが係合することで、ピニオンシャフト３１とジョイントヨーク２１とが回転方向に位置決めされる。

さらに、ジョイントヨーク２１の先端面（基部２３の下面）が、位置決め部材１のリング部２の環状の一端面２ａ（上面）に当接し、ジョイントヨーク２１がリング部２の一端面２ａの上に載った状態となる。すなわち、ジョイントヨーク２１が、自重によってリング部２を軸方向下方に押している状態となる。この状態では、図３において、ピニオンシャフト３１に形成された前記環状溝１１ｃと、ジョイントヨーク２１に形成された前記貫通孔２６と、位置決め部材１の突出片３の前記切り欠き凹部３ａとを、同一直線状に一致させる必要がある。このために、位置決め部材１は、ジョイントヨーク２１を載せているリング部２を、ピニオンシャフト３１に対して軸方向に位置規制するためのストッパ部を有している。

前記ストッパ部について説明する。図６（ａ）は位置決め部材１のリング部２の一部の拡大断面を示し、図６（ｂ）はピニオンシャフト３１の内のリング部２が取り付けられる部分（取り付け部）を示した拡大図である。図７は、リング部２が前記取り付け部に取り付けられた状態を示している説明図である。
図６（ｂ）に示しているように、ピニオンシャフト３１の基部側のセレーション１１ｂのセレーション溝１２には、その溝長手方向の基端に溝端面１３が形成されている。この溝端面１３は、セレーション溝１２の溝底１４からピニオンシャフト３１の外周仕上げ面３１ｂへと拡径している形状である。溝端面１３の断面形状は、溝底１４からピニオンシャフト３１の外周仕上げ面３１ｂに向けてなめらかな弧形状となっている。

そして、位置決め部材１のリング部２は、前記溝端面１３に軸方向から当接する第一のストッパ部７を有している。図６（ａ）において、リング部２の内周面に形成された前記セレーション突部６（セレーション突部６の軸方向の端面）が、前記溝端面１３に当接することで、ピニオンシャフト３１に対して当該リング部２を軸方向に位置規制する第一のストッパ部７になっている。

この第一のストッパ部７をリング部２の内周面に形成するために、セレーション突部６はリング部２の内周面において軸方向の全長にわたって形成されておらず、係合部４側（図６（ａ）の上側）の軸方向一端部１５から途中部１６までの間で形成されている。そして、途中部１６から軸方向他端部１７までは、リング部２の中心線に平行な平滑円周面１８となっている。セレーション突部６の軸方向の端面の形状は、前記溝端面１３と同じ形状であってなめらかな弧形状となっている。

以上より、図７に示しているように、リング部２の内周面に設けられている第一のストッパ部７が、ピニオンシャフト３１のセレーション溝１２の溝端面１３に軸方向から当接することで、リング部２をピニオンシャフト３１に対して軸方向下方側（前記ジョイントヨーク２１の押し込み方向）に関して位置規制することができる。したがって、ピニオンシャフト３１にジョイントヨーク２１をセレーション結合する際に、ジョイントヨーク２１が位置決め部材１のリング部２を軸方向下方に押した状態となり、さらに、その押す力が大きくなっても、リング部２はピニオンシャフト３１に対して軸方向に位置規制されているので、ジョイントヨーク２１が前記押す力によってピニオンシャフト３１に対して軸方向に移動するのを防ぐことができる。

このため、ピニオンシャフト３１に対してジョイントヨーク２１は軸方向に位置決めされた状態となり、（図３を参照して）ピニオンシャフト３１の環状溝１１ｃと、ジョイントヨーク２１の貫通孔２６と、突出片３の切り欠き凹部３ａとを、同一直線状に一致させることができる。このため、これら貫通孔２６等に前記ボルト２７を容易に挿通させることが可能となり、このボルト２７にナット（図示せず）を締め付けることによって、ピニオンシャフト３１とジョイントヨーク２１とを抜け止め固定する作業が容易となる。この結果、ピニオンシャフト３１とジョイントヨーク２１との連結を迅速かつ正確に行うことが可能となる。

また、図６（ｂ）において、ピニオンシャフト３１の外周面に周突条３９が形成されている。具体的に説明すると、セレーション１１ｂよりも軸方向の基部側（下側）に、当該セレーション１１ｂよりも径外方へ突出し回転方向に形成されている周突条３９が形成されている。周突条３９は、回転方向に連続して形成され環状を成し、前記溝端面１３から軸方向下方に離れて形成されている。周突条３９の内のピニオンシャフト３１の先端部側には、基部側へ向かって拡径しているテーパ面３９ａが形成されている。

そして、図６（ａ）において、位置決め部材１は、リング部２をピニオンシャフト３１に対して軸方向に位置規制している第二のストッパ部８を有している。この第二のストッパ部８は、リング部２の軸方向の下端部に形成されていて、前記セレーション突部６が溝端面１３に当接すると同時に、周突条３９に当接する軸方向位置に設けられている。

第二のストッパ部８は、リング部２の内周面の軸方向他端部１７からリング部２の他端面（下面）２ｂへと拡径して形成されているテーパ面からなる。この第二のストッパ部（テーパ面）８は、前記周突条３９（図６（ｂ））のテーパ面３９ａと同じ形状となっていて、図７に示しているように、周突条３９のテーパ面３９ａに軸方向から当接する。

このように第二のストッパ部８によって、リング部２をピニオンシャフト３１に対して軸方向に位置規制することで、ジョイントヨーク２１がリング部２を軸方向下方側に強く押していても、第一のストッパ部７と共同して、ジョイントヨーク２１がピニオンシャフト３１に対して軸方向下方に移動するのを防ぐことができる。つまり、第二のストッパ部８によって、ピニオンシャフト３１に対するジョイントヨーク２１の軸方向の位置決め機能を強化することができる。

さらに、図５において、位置決め部材１は、リング部２をピニオンシャフト３１に対して軸方向に位置規制するための第三のストッパ部９を有している。第三のストッパ部９は前記係合部４からなり、前記セレーション突部６が前記溝端面１３に当接すると同時に、この係合部４がピニオンシャフト３１の先端に設けられている突起部３１ａに係合し、かつ、係合部４がピニオンシャフト３１の先端面に当接する。この第三のストッパ部９を、ピニオンシャフト３１の先端に係合することで、第一のストッパ部７および第二のストッパ８と共同して、ジョイントヨーク２１がピニオンシャフト３１に対して軸方向下方に移動するのを防ぐことができる。つまり、この第三のストッパ部９により、ピニオンシャフト３１に対するジョイントヨーク２１の軸方向の位置決め機能を強化することができる。

なお、図８に示している従来の位置決め部材４７も、ピニオンシャフト４１の先端に係合している係合部５０を有しているが、ピニオンシャフト４１にジョイントヨーク４５をセレーション結合する際に、自重等によってジョイントヨーク４５が位置決め部材４７のリング部４８を軸方向下方へ押し、その押す力が大きくなると、リング部４８が係合部５０から軸方向に離れるように位置決め部材４７が変形し、ジョイントヨーク４５がピニオンシャフト４１に対して軸方向（矢印Ｙ方向に）に位置ずれしてしまうおそれがある。つまり、位置決め部材４７のリング部４８をピニオンシャフト３１に軸方向に位置規制するためには、係合部５０のみでは不十分である。

そこで、従来の構成において、図示しないが、ピニオンシャフトにおいてセレーションよりも基部側に凹周溝を形成し、位置決め部材のリング部内に円環状の突起を形成し、当該突起を凹周溝に嵌合させる構成が考えられる。しかし、この場合、ピニオンシャフトに凹周溝を形成することから、当該部分が細くなり、トルクを伝達するピニオンシャフトの弱点となるおそれがある。
しかし、図７に示した形態によれば、ピニオンシャフト３１のうち、トルクを伝達する部分となるセレーション１１ｂよりも基部側は、当該セレーション１１ｂの外径と同じ外径乃至当該セレーション１１ｂの外径よりも直径が大きい構成となっているため、前記のような弱点を有することにならない。つまり、図７の形態によれば、ピニオンシャフト３１は細くならず強度的に有利な構成となる。

また、本発明の連結構造およびステアリング装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。図示した実施形態では、ステアリング装置に連結構造が用いられた場合を説明したが、ステアリング装置以外に適用することも可能である。また、シャフトに連結させるジョイント部材を、自在継手３７のジョイントヨーク２１として説明したが（図３参照）、ジョイント部材は他の形状のものであってもよい。例えば、自在継手３７を用いないで中間シャフト３５の下端部に形成されたジョイント部（ジョイント部材）に、ピニオンシャフト３１をセレーション結合によって連結してもよい。また、図７に示しているように、第一のストッパ部７および溝端面１３の断面形状をなめらかな弧形状として説明したが、これ以外として、例えば断面が直線形状であってもよい。

本発明のステアリング装置の実施の一形態を示す全体概略図である。 本発明のステアリング装置の要部斜視図である。 本発明のステアリング装置の分解状態を示す要部斜視図である。 位置決め部材の斜視図である。 位置決め部材がピニオンシャフトの先端部に取り付けられた状態を示している断面図である。 （ａ）は位置決め部材のリング部の一部の断面を示し、（ｂ）はピニオンシャフトの内のリング部が取り付けられる部分示した拡大図である。 リング部がピニオンシャフトに取り付けられた状態を示している説明図である。 従来の連結構造の説明図である。

符号の説明

１ 位置決め部材
２ リング部
３ 突出片
４ 係合部
６ セレーション突部
７ 第一のストッパ部
８ 第二のストッパ部
９ 第三のストッパ部
１２ セレーション溝
１３ 溝端面
１４ 溝底
２１，２２ ジョイントヨーク（ジョイント部材）
３１ ピニオンシャフト（シャフト）
３２ ステアリングギヤユニット
３３ ステアリングホイール
３４ ステアリングシャフト
３５ 中間シャフト
３９ 周突条

Claims (2)

1. シャフトと、このシャフトに対して同軸心状にセレーション結合されるジョイント部材と、前記シャフトに対する前記ジョイント部材の回転方向及び軸方向の相対位置を位置決めするために当該シャフトに予め取り付けられた位置決め部材と、を備えた連結構造であって、
   前記シャフトの外周面に、当該シャフトの外周面よりも径内側に位置する溝底と、当該シャフトの軸方向中途部に位置する溝端面とを有するセレーション溝が形成され、
   前記位置決め部材は、前記セレーション溝に外嵌するセレーション突部が内周面の係合部側の軸方向の一部に形成されかつ前記ジョイント部材が軸方向から当接するリング部を有し、
   このリング部の前記セレーション突部が、前記溝端面に当接することで前記シャフトに対して当該リング部を軸方向に位置規制するストッパ部になっていることを特徴とする連結構造。
2. ピニオンシャフトを有し車輪を操向させるためのステアリングギヤユニットと、ステアリングホイールの回転を前記ピニオンシャフトに伝達するための伝達シャフトと、前記ピニオンシャフトと前記伝達シャフトとを連結するためのジョイント部材と、を備え、
   前記ピニオンシャフトと前記ジョイント部材とが、請求項１に記載の連結構造によって、同軸心状にセレーション結合されていることを特徴とするステアリング装置。

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